三維制圖在機械認(rèn)知教學(xué)中的應(yīng)用探討

陳昌雄

（長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院機械系，湖北荊州434019）

0 引言

目前，許多高校特別是獨立學(xué)院都將大學(xué)生實踐動手能力作為人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。 而另一方面，在校的大學(xué)生絕大部分是直接從高中升入大學(xué)，基本上都缺乏工程機械背景知識，動手能力和創(chuàng)新能力較弱。 因此在高等教育中，通常采用通過基于機械零件認(rèn)知的機械拆裝實訓(xùn)，對典型機械的拆裝與分析，使學(xué)生增加對機械產(chǎn)品的認(rèn)識，培養(yǎng)其工程實踐能力和解決實際問題的綜合能力。但有些學(xué)校該實踐課開課較早，學(xué)生三維空間想象能力以及對機械結(jié)構(gòu)的認(rèn)知不足，造成實訓(xùn)效果不夠理想。

1 遵循認(rèn)知學(xué)習(xí)的規(guī)律，強化實訓(xùn)效果

通常認(rèn)知學(xué)習(xí)的規(guī)律是：感知——理解——鞏固——應(yīng)用。 因此實訓(xùn)中首先要求學(xué)生要人人動手，反復(fù)拆、裝，互相討論，細(xì)細(xì)體會，做到“眼到”、“口到”、“耳到”、“手到”、“心到”，多種感官并用來“感知”裝配體的結(jié)構(gòu)形狀、工作原理、各零件的相對位置和裝配關(guān)系等，并能從中提出一些問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 利用三維制圖加強直觀教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和思維能力

由于一些學(xué)校機械認(rèn)知實訓(xùn)開課較早， 學(xué)生的空間想象能力不足，不能理解整個設(shè)備結(jié)構(gòu)、甚至不能想象出對某些較復(fù)雜零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這樣對整個拆裝實訓(xùn)效果有一定的影響。 因此，實訓(xùn)前，指導(dǎo)教師可以利用三維制圖軟件(如SolidWorks、CATIA、Pro/E 等)對拆裝的各零部件進行建模， 再用其虛擬裝配設(shè)計功能進行相應(yīng)的裝配流程、爆炸圖和模擬運行過程進行動畫演示制作。教學(xué)中，對較復(fù)雜的零件，采用三維制圖進行教學(xué)，可以使學(xué)生看到整個切割、疊加的過程以及切割、疊加形體的形狀特征，并從不同的角度觀察形體的投影；對整個設(shè)備，則可通過相應(yīng)的裝配流程以及爆炸圖，讓學(xué)生對零件與零件的相互位置、配合關(guān)系有更清晰的認(rèn)識，從而有利于學(xué)生正確思維方式、方法的形成，提高學(xué)習(xí)效率。

另外， 利用三維制圖進行直觀教學(xué)， 教師講解過程中能方便、快捷、靈活地調(diào)用三維模型，使教學(xué)內(nèi)容變得形象逼真，色彩豐富，加上動畫效果，更是生動有趣，這十分有利于學(xué)生進行觀察、分析和比較，從而培養(yǎng)學(xué)生空間想象及思維能力。

3 利用三維制圖講解設(shè)備的工作原理

在拆裝實訓(xùn)中，利用虛擬三維模型和多媒體等輔助教學(xué)設(shè)備， 把機器的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和模擬運行過程投影到屏幕上進行演示。 爆炸圖和動畫要比原來的黑板講解和掛圖更加直觀，并且更容易理解，軟件生成的三維模型形象逼真，立體感強。學(xué)生通過零部件和模型的旋轉(zhuǎn)、爆炸圖的生成和解除、模擬動畫，可以比較全面地了解零部件的結(jié)構(gòu)和工作原理。特別是對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的設(shè)備還可以把其中的某些零件生成透明體，便于觀察構(gòu)件的裝配關(guān)系以及運動關(guān)系。

授課中，可通過反復(fù)觀看模擬動畫，指導(dǎo)教師輔以適當(dāng)?shù)闹v解，學(xué)生對設(shè)備的運動狀態(tài)以及工作原理則更容易理解。 實訓(xùn)中，學(xué)生能更容易掌握機器的初步裝配和調(diào)試方法等實踐知識，掌握更熟練的操作技能，也能解決動手拆裝過程遇到的一般性問題，使拆裝的效率大大提高，實訓(xùn)效果可以得到進一步的提升。

4 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)新意識

拆裝實訓(xùn)中， 通過對典型機械三維模型展示以及相應(yīng)的動畫演示，學(xué)生可以對照設(shè)備實物與投影中的虛擬設(shè)備進行對比學(xué)習(xí)。 使學(xué)生感受到所學(xué)的知識更貼近現(xiàn)實，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性。 著名心理學(xué)家皮亞杰說過 “一切有效的工作必需以某種興趣為先決條件”。 也就是說， 興趣是人們力求認(rèn)識某種事物或愛好某種活動的傾向，它能推動人們?nèi)プ非竽撤N知識或從事某種活動。 興趣的養(yǎng)成為后續(xù)的機械知識的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

另外，可以引導(dǎo)學(xué)生課后自己動手學(xué)習(xí)三維制圖，利用軟件對零部件進行參數(shù)化建模、裝配、運動仿真等學(xué)習(xí)，甚至參與制作教學(xué)用的各種機器的三維模型以及模擬動畫。 一方面，可以培養(yǎng)學(xué)生三維空間想象能力和繪圖能力，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。另一方面，培養(yǎng)了學(xué)生的一定動手能力，還增加了團隊合作意識。

從教學(xué)的角度來講，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與到教學(xué)活動中來，變被動地教為主動地學(xué)，充分發(fā)揮其主觀能動性，激發(fā)創(chuàng)新意識，使其知識、能力、素質(zhì)綜合協(xié)調(diào)。通過這些教學(xué)方式來提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐應(yīng)用能力，使每個學(xué)生都能得到充分發(fā)展。

5 結(jié)論

現(xiàn)階段，在機械制造業(yè)中，許多大型企業(yè)和跨國公司已經(jīng)把三維制圖軟件的操作作為必備的基本技能。在機械認(rèn)知實踐中適時的引入三維制圖輔助教學(xué)，不僅能夠大大增強學(xué)習(xí)的直觀性，提高教學(xué)的效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而取得良好的教學(xué)效果，還使學(xué)生能較早的接觸到三維制圖軟件，學(xué)生的空間想象能力、空間分析能力有較大的提高，為后續(xù)課程《機械設(shè)計》、《機械制造工藝學(xué)》等的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］周凌華，歐陽全會.基于任務(wù)導(dǎo)向的《機械拆裝與測繪》課程開發(fā)研究[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011，13（4）：71-74.

［2］陳鳳騰.三維軟件UG 教學(xué)實踐應(yīng)用與探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報. 2012，28：172-174.